JPS6267429A - Remote chemical analyzer - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、分析場所から遠隔の場所に配置されたサンプ
ルを遠隔化学分析する装置に係り、この装置だけでなく
、遠隔化学分析技術にも係る。具体的には、本発明は被
験サンプルの遠隔化学分析装置を提供するために、ソリ
ッドステート音響光学装置をファイバ・オブチック技術
と併用する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for remote chemical analysis of a sample placed at a location remote from an analysis site, and relates not only to this apparatus but also to remote chemical analysis techniques. Specifically, the present invention utilizes solid-state acousto-optic devices in conjunction with fiber optic technology to provide remote chemical analysis of test samples.
石油化学工業では化学分析を行うのに「イン・ライン」
センサを利用するのが普通である。ところが、このよう
な構成では、電気的または化学的センサの存在が爆発ま
たは化学的汚染という点でその地域の安全にとって著し
い脅威となるから、この種の「イン・ライン」センサを
公認の爆発防護囲壁内に収納しなければならない。In the petrochemical industry, "in-line" is used to perform chemical analysis.
It is common to use sensors. However, in such configurations, the presence of electrical or chemical sensors poses a significant threat to the safety of the area in terms of explosion or chemical contamination, so these types of "in-line" sensors cannot be used with certified explosion protection. Must be housed within an enclosure.
遠隔化学分析のためにファイバ・オブチツク・システム
を利用できることはＧ、Ｓｈｍｉｄｔｋｅ等のＶＤＩ−
Ｂｅｒｉｃｈｔｅ ５０９，２９３（１９８４）によっ
てすでに開示されている。この公知システムはサンプリ
ング域から遠隔の場所に回折格子及び検出器列を利用す
る。The availability of fiber optic systems for remote chemical analysis was demonstrated in VDI by G., Shmidtke et al.
Berichte 509, 293 (1984). This known system utilizes a grating and a detector array at a location remote from the sampling area.
音響光学同調フィルタ（ＡＯＴＦ）は従来稀釈ガス混合
物を測定するための有効な装置としてスペクトル分析に
利用されている。種々の工業的、商業的制御用として利
用される自動ＡＯＴＦ赤外線分析装置の例は米国特許許
第４，４９０，８４５号明細書に開示されている。Acousto-optic tuned filters (AOTFs) have traditionally been utilized in spectral analysis as an effective device for measuring dilute gas mixtures. An example of an automatic AOTF infrared analyzer utilized for various industrial and commercial control applications is disclosed in US Pat. No. 4,490,845.
濃縮されたガス、特に液体の混合物は多くの場合、強い
、はとんど全体に及ぶ吸収帯を示す。このようなオーバ
トーン吸収帯はクォーツ・ファイバ・オブチック減衰が
オプチカル・ファイバの使用にとって妨げとならない近
／中間赤外線域に存在する。従って、オプチカル・ファ
イバの使用によって従来の検出システムに伴う制約の１
つが除かれる。Concentrated mixtures of gases, especially liquids, often exhibit strong, almost total absorption bands. Such overtone absorption bands exist in the near/mid infrared region where quartz fiber optical attenuation does not interfere with the use of optical fibers. Therefore, the use of optical fibers eliminates one of the limitations associated with traditional detection systems.
is removed.
本発明によれば、遠隔場所に配置されたサンプルを化学
分析する遠隔化学分析装置において、一定の赤外線吸収
特性を有する被分析サンプルを収容でき、その対向する
側に光線を通過させるための窓手段を有するサンプル・
セル手段と、赤外光源と、第１オプチカル・ファイバと
、赤外光源から、サンプル・セル手段と連通ずる第１オ
プチカル・ファイバ内へ集光する手段と、サンプル・セ
ル手段及びＡＯＴＦアナライザ・システム間に配設した
第２オプチカル・ファイバと、サンプルの吸収特性によ
る変化後の赤外線を、ＡＯＴＦアナライザ・システムへ
伝達するため第２オプチカル・ファイバに集合させる手
段とから成り、ＡＯＴＦアナライザ・システムが赤外線
がクリスタル光軸に対して一定の角度で通過する光学的
に整列したクリスタルを含む音響光学同調フィルタと、
可変周波数ＲＦエネルギー源及び音響光学クリスタルに
結合され、クリスタル中へ音波を発射してＲＦエネルギ
ー及び音波の周波数に応じて異なる赤外線の特定狭帯域
幅部分と相互作用させることによって残りの赤外線から
弁別できるようにする音響トランスジューサ手段と、フ
ィルタからの出力赤外線を検出し、この出力赤外線に対
応する出力信号を発生する赤外線検出手段と、検出手段
出力信号を供給されたサンプル・セル手段内のサンプル
を分析すると共に、ＲＦエネルギー源をパルス動作させ
て音響光学クリスタルと結合している音響トランスジュ
ーサに供給されるＲＦエネルギーのタイミング及び周波
数を測定することにより音響光学同調フィルタを同調す
るための赤外線波長選択度を求める手段を含む演算手段
とから成ることを特徴とする遠隔化学分析装置が提供さ
れる。According to the present invention, in a remote chemical analysis device for chemically analyzing a sample placed at a remote location, a window means capable of accommodating a sample to be analyzed having a certain infrared absorption characteristic and allowing a light beam to pass through the opposite side thereof. A sample with
cell means, an infrared light source, a first optical fiber, means for focusing light from the infrared light source into a first optical fiber communicating with the sample cell means, sample cell means and an AOTF analyzer system. The AOTF analyzer system comprises a second optical fiber disposed between the two optical fibers and a means for collecting the infrared rays, which have been modified by the absorption characteristics of the sample, into the second optical fiber for transmission to the AOTF analyzer system. an acousto-optic tunable filter comprising an optically aligned crystal through which the crystal passes at a constant angle to the optical axis of the crystal;
A variable frequency RF energy source is coupled to an acousto-optic crystal and can be differentiated from the rest of the infrared radiation by firing a sound wave into the crystal to interact with a specific narrow bandwidth portion of the infrared radiation that differs depending on the RF energy and the frequency of the sound wave. acoustic transducer means for detecting output infrared radiation from the filter and generating an output signal corresponding to the output infrared radiation; and infrared detection means for analyzing a sample in a sample cell supplied with the detection means output signal. and obtain infrared wavelength selectivity for tuning the acousto-optic tunable filter by pulsing the RF energy source and measuring the timing and frequency of the RF energy delivered to the acoustic transducer coupled to the acousto-optic crystal. A remote chemical analysis device is provided, characterized in that it comprises a calculating means including a calculating means.
本発明の目的は赤外線を光源からサンプルへ、サンプル
から検出器列へ伝達するのにオプチカル・ファイバを利
用する遠隔化学分析装置を提供することにある。このよ
うに構成すれば、電気的または化学的センサの存在が例
えば爆発または化学的汚染の点で重大な脅威となるよう
な用途にこの遠隔化学分析装置を使用することができる
。It is an object of the present invention to provide a remote chemical analysis device that utilizes optical fibers to transmit infrared radiation from a light source to a sample and from the sample to a detector array. Configured in this way, the remote chemical analysis device can be used in applications where the presence of electrical or chemical sensors poses a serious threat, for example in terms of explosion or chemical contamination.
本発明の他の目的はサンプリング場所から遠隔の場所に
自動音響光学的赤外線分析装置を組み込む改良型の遠隔
化学分析装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an improved remote chemical analysis system that incorporates an automated acousto-optical infrared analyzer at a location remote from the sampling location.
好ましい実施態様として、サンプル・セルは一定の赤外
線吸収特性を有する被分析サンプルを収容する。サンプ
ル・セルはその対向する側に光線を通過させるための窓
手段を具備する。赤外線源は第１オプチカル・ファイバ
と結合し、この第１オプチカル・ファイノ（はサンプル
・セルの一方の窓と結合してレマる。赤外線源からの光
線を第１オプチカル・ファイバに焦合させる手段を含む
と共に、第１オプチカル・ファイバによって伝達される
光線を案内してサンプル・セルを通過させる手段をも含
む。典型的な実施態様として、これらの手段はレンズか
ら成る。サンプル・セルと音響光学同調フィルタ分析装
置の間に第２オプチカルフアイバを介在させる。サンプ
ルの吸収特性によって変性させられた赤外線を第２オプ
チカルフアイバに焦合させ、この第２オプチカルフアイ
バによって前記変性赤外線を音響光学装置へ伝達させる
。回折光強度を測定する赤外線検出器、及び音響光学装
置と前記検出器のサポート・エレクトロニクスと連携す
るマイクロプロセッサをも設ける。このマイクロプロセ
ッサは得られたデータを記憶、チェックする能力をも備
えている。In a preferred embodiment, the sample cell contains an analyte sample having certain infrared absorption properties. The sample cell is provided with window means on opposite sides thereof for passing the light beam. an infrared source coupled to a first optical fiber, the first optical fiber being coupled to one window of the sample cell; means for focusing light from the infrared source onto the first optical fiber; and means for guiding the light beam transmitted by the first optical fiber through the sample cell. In a typical embodiment, these means consist of a lens. The sample cell and the acousto-optic A second optical fiber is interposed between the tuned filter analysis device.Infrared radiation modified by the absorption characteristics of the sample is focused on the second optical fiber, and the modified infrared radiation is transmitted to the acousto-optic device by the second optical fiber. An infrared detector for measuring the intensity of the diffracted light is also provided, and a microprocessor is provided which cooperates with the acousto-optical device and the support electronics of said detector. This microprocessor also has the ability to store and check the data obtained. ing.
これに代わる実施態様では、ファイバによって送られる
光だけが所期周波数のパルス光となるように、音響光学
同調フィルタ（ＡＯＴＦ）を赤外線光源に近い光源側に
配置する。このように構成すればＳ／Ｎ比が改善される
。音響光学装置を収納すると共に、音響光学装置へのＲ
Ｆ人カコネクタ手段及び一体的入／出力ファイバオプチ
ック・コネクタを含む装置を設ける。In an alternative embodiment, an acousto-optic tunable filter (AOTF) is placed close to the infrared light source so that the only light sent by the fiber is pulsed light at the desired frequency. With this configuration, the S/N ratio is improved. In addition to housing the acousto-optic device, the R to the acousto-optic device is
An apparatus is provided that includes a power connector means and an integral input/output fiber optic connector.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明は遠隔化学分析装置を提供する。この装置のいく
つかの実施例を第１．２及び３図にブロックダイヤグラ
ムで示した。第１図に示す装置は本発明の可能性をテス
トするためのモデルとして製造されたものであり、第２
図はＡＯＴＦを利用する商業用の好ましい実施例を示し
、第３図はＡＯＤＬＦ及び検出器列を採用した他の実施
例を示す。いずれの実施例も極めてすぐれた遠隔化学分
析装置である。装置に組み込む音響光学同調フィルタに
ついては第４図との関連で詳しく後述する。従って、音
響光学装置フィルタ（ＡＯＴＦ）の構造、作用に関する
詳細についてはその部分を参照されたい。The present invention provides a remote chemical analysis device. Several embodiments of this device are shown in block diagrams in FIGS. 1.2 and 3. The device shown in FIG. 1 was manufactured as a model to test the possibilities of the present invention;
The figure shows a commercially preferred embodiment utilizing an AOTF, and FIG. 3 shows an alternative embodiment employing an AODLF and detector array. Both embodiments are extremely excellent remote chemical analysis devices. The acousto-optic tunable filter incorporated into the device will be described in detail later in connection with FIG. Therefore, please refer to that section for details regarding the structure and operation of the acousto-optic device filter (AOTF).
第１図には遠隔化学分析装置１１を展開ブロックダイヤ
グラムで示しである。説明の便宜上、装置を３つの部分
に分ける。第１部分は赤外線光源１３、及び赤外線を第
１オブジカルフアイバ１７に結合する光学素子１５を含
む。第２部分は第１フアイバオブチツク部分１７、第２
フアイバオブチツク部分１９及び遠隔サンプルセル２１
から成る。この装置のテストに際してはサンプルセルを
利用したが、ファイバオプチック部分１７．１９を、プ
ロセス流を搬送する導管に組み込んでもよい。従って、
サンプルセル手段という語を使用する場合には、上記２
つの意味を含むものと理解されたい。このサンプルセル
手段はオプチカルファイバを介して赤外線光源及び赤外
線検出手段と接続することになる。第３部分はサンプル
の吸収特性によって変性させられた赤外線を搬送するオ
プチカルファイバ１９と直接結合する音響光学同調フィ
ルタ２３を含む赤外線アナライザを含む。ＡＯＴＦ２３
と赤外線検出手段２７との間に、ＡＯＴＦ出力を検出手
段に集束する光学素子２５を介在させる。サポート・エ
レクトロニクスを検出手段及びＡＯＴＦと接続させる。FIG. 1 shows a remote chemical analysis device 11 in an expanded block diagram. For convenience of explanation, the device is divided into three parts. The first part includes an infrared light source 13 and an optical element 15 for coupling infrared light into a first objective fiber 17 . The second part consists of a first fiber optic part 17 and a second fiber optic part 17.
Fiber optic section 19 and remote sample cell 21
Consists of. Although a sample cell was utilized in testing this device, the fiber optic portion 17.19 may also be incorporated into the conduit carrying the process stream. Therefore,
When using the term sample cell means, the above 2.
Please understand that it has two meanings. This sample cell means will be connected to an infrared light source and an infrared detection means via an optical fiber. The third part includes an infrared analyzer including an acousto-optic tuned filter 23 coupled directly to an optical fiber 19 carrying infrared radiation modified by the absorption properties of the sample. AOTF23
An optical element 25 that focuses the AOTF output onto the detection means is interposed between the detection means 27 and the infrared detection means 27 . Connect support electronics with the detection means and AOTF.
これらのエレクトロニクスはマイクロプロセッサ２９、
プロセス・データ記憶手段３１、周波数シンセサイザ３
３、及びＡＯＴＦ２３と接続するトランスジューサ３７
と接続するＲＦ増幅器３５などである。ＡＯＴＦ及び赤
外線検出器と併用可能なエレクトロニクス・パッケージ
の詳細は米国特許第４，４９０，８４５号「自動音響光
学赤外線分析装置」の明細書に開示されている。These electronics are microprocessors29,
Process data storage means 31, frequency synthesizer 3
3, and a transducer 37 connected to the AOTF 23
RF amplifier 35 connected to the RF amplifier 35, etc. Details of electronics packages that can be used with AOTFs and infrared detectors are disclosed in US Pat. No. 4,490,845, ``Automated Acousto-Optic Infrared Analyzer.''
第２図から明らかなように、サンプルセルの光源側に音
響光学同調フィルタを組み込めば上記基本構成に対する
変更実施態様が得られる。この構成では赤外線光源１３
の集束手段！５とオプチカルファイバ１７の間にＡＯＴ
Ｆ２３′を介在させる。その結果、オプチカル・ファイ
バ１７で伝達される光だけが後述のような所要周波数の
パルス光となる。この構成はＳ／Ｎの改善に寄与し、Ａ
ＯＴＦをベースとする実用モデルとして好ましい。その
他の点については、第１及び第２図の構成中、同じ参照
番号は同種の素子を表わしている。尚、第１図図示実施
例は本発明の原理をテストするために利用した実際のレ
イアウト通りであり、光学素子を整合させ易いから実験
用として好適である。第２図は破線で示すようにＡＯＴ
Ｆの両側に配設した偏光器Ｐをも含む。As is clear from FIG. 2, a modified embodiment of the above basic configuration can be obtained by incorporating an acousto-optic tunable filter on the light source side of the sample cell. In this configuration, the infrared light source 13
A focusing means! AOT between 5 and optical fiber 17
F23' is interposed. As a result, only the light transmitted through the optical fiber 17 becomes pulsed light of a required frequency as described below. This configuration contributes to improving the S/N ratio and
This is preferable as a practical model based on OTF. In all other respects, like reference numbers represent like elements in the arrangements of FIGS. 1 and 2. The embodiment shown in FIG. 1 corresponds to an actual layout used to test the principle of the present invention, and is suitable for experimental use since it is easy to align optical elements. Figure 2 shows the AOT as shown by the broken line.
It also includes polarizers P arranged on both sides of F.
本発明の実験モデルでは赤外線光源１３を２．８ボルト
、０．８アンペアのクォーツ・ハロゲン閃光電球で構成
し、これを放物線反射器に取り付けた。この光源ではそ
の作用が安定しており、充分にコリメートされたビーム
を提供した。この電球の放出スペクトルは本発明を実施
するのに必要な範囲を充分カバーする。平行ビームから
の光を直径２インチの弗化カルシウム・レンズ１５によ
ってオプチカルファイバ端へ集束させた。オプチカルフ
ァイバとサンプル・セルが上記第２部分を構成する。実
験モデルには２つの１８インチ部分から成る市販の１ｍ
ｍクォーツ・ファイバを使用した。使用したファイバの
長さは本発明の性能を発揮するには充分であり、しかも
ファイバ減衰がシステム全体の応答にほとんどまたは全
く影響しない程度に充分短かった。この２つのファイバ
部分１７．１９の間にサンプル・セルを接続した。一方
のファイバから人力される光をコリメートし、これを他
方のファイバへ再び集束させるため、弗化カルシウム・
レンズを使用した。これらのレンズを図面では参照番号
３９．４１でそれぞれ示しである。この平行ビーム域に
サンプルを保持するセル２１を設けた。このセルは注入
器でセル２１へ液体を注入したり、逆に取り出したりで
きるように頂部に孔を設けた２ｍｍネオブレン０リング
で分離された厚さ４ｍｍのサファイア窓２個で構成した
。検査総容量が約２ｃｃとなるようにセルの受光面積を
約１０ｃｍ２に設定した。別のテストではレンズ３９．
４１から成るレンズ集合体の代わりに、セル２１のサフ
ァイア窓に直接取り付けた２個の平凸りオル・レンズを
使用した。このように構成では整合操作上の困難が著し
く軽減される。セル内に収納されているサンプルの吸収
特性によって変性させられた光をセル２１から、ＡＯＴ
Ｆ、検出手段などから成る分析装置へ、オプチカルファ
イバ１９を介して返送した。In the experimental model of the present invention, the infrared light source 13 consisted of a 2.8 volt, 0.8 ampere quartz halogen flashbulb attached to a parabolic reflector. This light source was stable in its operation and provided a well collimated beam. The emission spectrum of this bulb sufficiently covers the range necessary to practice the invention. Light from the collimated beam was focused by a 2 inch diameter calcium fluoride lens 15 onto the end of the optical fiber. An optical fiber and a sample cell constitute the second part. The experimental model included a commercially available 1 m unit consisting of two 18-inch sections.
m quartz fiber was used. The length of fiber used was sufficient to provide the performance of the invention, yet short enough that fiber attenuation had little or no effect on the overall system response. A sample cell was connected between these two fiber sections 17,19. To collimate the human input light from one fiber and refocus it onto the other fiber, we
used a lens. These lenses are designated in the drawings by the reference numerals 39 and 41, respectively. A cell 21 for holding a sample was provided in this parallel beam region. The cell consisted of two 4 mm thick sapphire windows separated by a 2 mm neorene O-ring with a hole in the top to allow liquid to be injected into and removed from the cell 21 with a syringe. The light-receiving area of the cell was set to about 10 cm2 so that the total test capacity was about 2 cc. In another test, lens 39.
Instead of the lens assembly consisting of 41, two plano-convex orr lenses were used that were attached directly to the sapphire window of cell 21. Such an arrangement significantly reduces the difficulties in matching operations. Light denatured by the absorption characteristics of the sample stored in the cell is transmitted from the cell 21 to the AOT.
F, and was returned to the analyzer comprising detection means and the like via an optical fiber 19.
こ９遠隔化学分析装置の実験用モデルではＡｐｐｌｅ
Ｉ！マイクロプロセッサを利用してＴＡＳ ＡＯＴＦ
をサポート・エレクトロニクスとインターフェースさせ
ると共に、アナログ／デジタル・コンバータを介して赤
外線検出手段２７からデータを回収し、記憶することを
可能にした。引用した米国特許に詳細に記載されている
サポート・エレクトロニクスはＡＯＴＦ２３にＲＦ駆動
パルスを供給するために利用されるものであり、最高１
５０ＭＨｚまでのＲＦ出力を発生できる低出力周波数シ
ンセサイザ、アンプにパルス信号を送る電子ゲート、及
び高出力ＲＦ増幅器から成る。The experimental model of this 9 remote chemical analyzer is Apple
I! TAS AOTF using microprocessor
interfaced with support electronics and made it possible to retrieve and store data from the infrared detection means 27 via an analog/digital converter. The support electronics detailed in the cited U.S. patent are used to provide RF drive pulses to the AOTF23, and are capable of providing up to 1
It consists of a low power frequency synthesizer capable of generating RF output up to 50 MHz, an electronic gate that pulses the amplifier, and a high power RF amplifier.
テスト中、デユティ−サイクル１９６の１０μｓパルス
でＡＯＴＦを駆動した。結晶の最終ピーク間電圧は約３
０ボルトであった。パルス終了の５μｓ後、最大強度の
回折光が検出器に入射し、これと同時にコンピュータが
検出器からのデータを記録した。周波数シンセサイザが
８０ＭＨｚから１３０ＭＨｚまでの範囲を２００にＨｚ
づつのステップで走査した。ステップごとに２５５サン
プルを採取し、平均することにより、システム・ノイズ
を極力軽減した。次いで全走査で得られたデータをディ
スクファイルに配子、＠させ、これを作図することによ
ってシステム及びサンプルのスペクトル応答を得た。During testing, the AOTF was driven with a 10 μs pulse with a duty cycle of 196. The final peak-to-peak voltage of the crystal is approximately 3
It was 0 volts. 5 μs after the end of the pulse, the most intense diffracted light entered the detector, and at the same time the computer recorded the data from the detector. Frequency synthesizer ranges from 80MHz to 130MHz to 200Hz
Scanned in steps. System noise was minimized by taking 255 samples for each step and averaging them. The data obtained from all scans were then attached to a disk file and plotted to obtain the spectral response of the system and sample.
第１及び２図に示す装置はスペクトル分析を行う非共線
的なセレン化タリウム砒素（Ｔ１３ＡＳＳｅ３またはＴ
ＡＳ）から成るＡＯＴＦ及びセレン化鉛から成る検出器
を利用し、いずれも上記マイクロブコンピュータとイン
ターフェース関係にある。音響光学同調フィルタとして
はＴｅＯ□結晶を利用することもできる。図示ノ装置は
マイクロコンピュータの制御下に透過スペクトルを採集
し、解釈した。マイクロコンピュータはＡＯＴＦを駆動
するＲＦ周波数を即時呼出し、ＡＯＴＦは被分析光の波
長を選択し、サンプルを平均し、各種基準スペクトルを
比較した。有機、無機の別なく近及び中赤外線域におい
てオーバトーン吸収特性を示す液体及び気体が多いから
、このシステムは広い用途に対応できる。また、ＡＯＴ
Ｆの同調性に鑑み、スペクトル分析のための比較的簡単
な、あるいは場合によっては複雑なアルゴリズムを実行
することができる。より高い精度を得るため、高濃度に
お１／’ｔて別の吸収域にすばやく切り換えることも可
能である。The apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is a non-collinear thallium arsenide selenide (T13ASSe3 or
It utilizes an AOTF consisting of AS) and a detector consisting of lead selenide, both of which interface with the microbcomputer. TeO□ crystal can also be used as the acousto-optic tuning filter. The illustrated apparatus collected and interpreted transmission spectra under the control of a microcomputer. The microcomputer immediately recalled the RF frequency to drive the AOTF, which selected the wavelength of the light to be analyzed, averaged the samples, and compared various reference spectra. Since there are many liquids and gases, both organic and inorganic, that exhibit overtone absorption characteristics in the near and mid-infrared regions, this system can be used in a wide variety of applications. Also, AOT
In view of the tunability of F, relatively simple or even complex algorithms for spectral analysis can be implemented. To obtain higher precision, it is also possible to quickly switch to another absorption range at 1/'t for high concentrations.
この装置におけるＡＯＴＦとして使用するため、小さい
ＴＡＳ結晶を切削研磨した。このＴＡＳ結晶を略示した
のが第４図である。A small TAS crystal was cut and polished for use as an AOTF in this device. FIG. 4 schematically shows this TAS crystal.
ＴＡＳ結晶を選んだ理由は赤外線伝送が１．３μｓ〜１
７．０μｓとすぐれ、音響光学「性能係数」が比較的高
いことにある。フィルタは入射光が音波の波頭に対して
角度を形成して結晶中を伝播する非共線動作モードで作
用するように構成する。一般に非共線ＡＯＴＦは共線フ
ィルタよりも分解能が低いが、濃縮ガス及び液体のスペ
クトルは充分広いから、非共線モードにおける低い分解
能でも間に合う。非共線ＡＯＴＦはまた、音波によって
回折させられたビームと直進光とを空間的に分離するこ
とで透過光データの採集を簡単にする。採用した小結晶
は入力光に対して大きい開き角を有し、光学素子を介在
させずに直接結晶に取り付けたファイバによって供給さ
れる光を捕捉することができる。The reason why we chose TAS crystal is that the infrared transmission is 1.3 μs ~ 1
It has an excellent acousto-optic "coefficient of performance" of 7.0 μs, which is relatively high. The filter is configured to operate in a non-collinear mode of operation in which the incident light propagates through the crystal at an angle to the wavefront of the acoustic wave. In general, a non-collinear AOTF has lower resolution than a collinear filter, but the spectra of concentrated gases and liquids are sufficiently broad that a lower resolution in the non-collinear mode is sufficient. The non-collinear AOTF also simplifies the collection of transmitted light data by spatially separating the beam diffracted by the acoustic wave and the straight light. The small crystals employed have a large aperture angle with respect to the input light and can capture the light provided by a fiber attached directly to the crystal without intervening optical elements.
第４図から明らかなように、結晶２５の断面は歪んだ平
行四辺形を呈する。結晶の傾斜は入力面４３及び出力面
４５が光路４７に対して適正な方向を与えられ、音響ビ
ームの分離が可能となるように設定する。入力面４３は
ファイバからの入射光４７と直交するように、出力面４
５は回折光が入射光と平行に、ただし約１ｍｍずれて射
出されるようにそれぞれ設定した。偏光信号を４９、音
響との相互作用に影響されない光を破線５１でそれぞれ
示しである。As is clear from FIG. 4, the cross section of the crystal 25 has a distorted parallelogram shape. The tilt of the crystal is set such that the input face 43 and the output face 45 are properly oriented with respect to the optical path 47, allowing separation of the acoustic beams. The input surface 43 is connected to the output surface 4 so as to be perpendicular to the incident light 47 from the fiber.
No. 5 was set so that the diffracted light was emitted parallel to the incident light, but with a deviation of about 1 mm. A polarized light signal is indicated by 49, and a dashed line 51 indicates light that is not affected by interaction with acoustics.
以 下 余 白
３０°回転Ｘ−カット・ニオブ酸リチウム結晶板を結晶
面にインジウム圧着してトランスジューサ３７として作
用させた。トランスジューサの頂面に金電極５３をメッ
キし、適当なコネクタを介してこれにボンドワイヤを接
続した。フィルタの分解能は特に光路と音響路との間の
相互作用長というパラメータをで決定され、図示の結晶
ではトランスジューサの長さ５ｍｍにほぼ相当する。A 30° rotated X-cut lithium niobate crystal plate was made to act as a transducer 37 by pressing indium onto the crystal plane. A gold electrode 53 was plated on the top surface of the transducer to which a bond wire was connected via a suitable connector. The resolution of the filter is determined in particular by the parameter of the interaction length between the optical path and the acoustic path, which for the illustrated crystal corresponds approximately to a transducer length of 5 mm.
第３図に示した他の実施例では、第１図に示した上述の
音習光学同調フィルタ及び検出器の代わりに音雷光学散
乱光フィルタ（ＡＯＤＬＦ）及び検出器列を採用する。Another embodiment shown in FIG. 3 employs an audio-lightning optical scattering filter (AODLF) and detector array in place of the above-described sound learning optical tuning filter and detector shown in FIG.
ＡＯＤＬＦ６１は一定の駆動周波数で多くの波長を瞬時
にしてモニタすることのできる電子的に調整可能な分光
装置である。ＡＯＤＬＦは機能的には固定格子と極めて
似ているが、固定格子よりも有利ないくつかの重要な相
違点がある。２つの主な相違点はＡＯＤＬＦの同調性及
び複屈折作用である。ＡＯＤＬＦは格子定数を電子的に
同調でき、従って、スペクトル範囲を広い範囲にわたっ
て変化させるなど、融通性に富んだ動作を可能にする点
がその特徴である。電子的に同調可能であるから、微分
分光を行うための光学信号周波数変調も容易であり、定
信号のＳ／Ｎ比よりもすぐれたＳ／Ｎ比を得ることがで
きる。（第１図との組合わせで）第３図に略伝するＡＯ
ＤＬＦ利用のスペクトル分析装置は入出力偏光器６３．
６５、集光レンズ６７、及びスペクトル常法測定用の光
検出器列６９を含む。セレン化タリクム砒素音響光学散
乱フィルタは１９８５年１０月３０日付け米国特許出願
第６Ｇ６．４１６号に記載されている。AODLF 61 is an electronically adjustable spectroscopic device that can instantly monitor many wavelengths at a constant driving frequency. Although AODLF is functionally very similar to a fixed grid, there are some important differences that make it advantageous over a fixed grid. The two main differences are the tunability and birefringence effect of the AODLF. AODLF is characterized by the ability to electronically tune the lattice constant, thus allowing for flexible operation, such as varying the spectral range over a wide range. Since it is electronically tunable, optical signal frequency modulation for performing differential spectroscopy is easy, and an S/N ratio superior to that of a constant signal can be obtained. AO as outlined in Figure 3 (in combination with Figure 1)
The spectrum analyzer using DLF has an input/output polarizer 63.
65, a condenser lens 67, and a photodetector array 69 for conventional spectrum measurement. A talicum selenide arsenic acousto-optic scattering filter is described in US patent application Ser. No. 6G6.416, filed October 30, 1985.
第５図には、本発明の遠隔化学分析装置に使用される主
要素子の実施例を数例示した。FIG. 5 shows several examples of main elements used in the remote chemical analysis device of the present invention.
図中、参照番号７１は音響光学装置／ファイバ・オプチ
ック・コネクタ複合構造であり、この構造７１は音響光
学装置２３を内部に支持する筐体７３を含む。図示のよ
うに、トランスジューサ３７は外部筺体７３のＲＦコネ
クタ７５を介してＲＦ駆動手段と接続している。ファイ
バ・オブチック・カプラー７７．７９を筺体７３の両面
に配設し、音響光学装置２３の入出力面とそれぞれ連通
させる。ファイバ・オプチック・カプラー７７．７９は
市販されている。第５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄから明ら
かなように、この装置の内部構成にはいくつかの実施態
様が考えられる。In the figure, reference numeral 71 is a composite acousto-optic device/fiber optic connector structure, which structure 71 includes a housing 73 that supports the acousto-optic device 23 therein. As shown, the transducer 37 is connected to an RF drive means via an RF connector 75 on the outer housing 73. Fiber optic couplers 77 and 79 are disposed on both sides of the housing 73 and communicated with the input and output surfaces of the acousto-optic device 23, respectively. Fiber optic couplers 77,79 are commercially available. As is clear from Nos. 5A, 5B, 5C, and 5D, several embodiments are possible for the internal configuration of this device.
第５Ａ図の場合、入出力ファイバ・オブチック部材８４
は共に結晶の入出力面にそれぞれ突合わされている。オ
プチカル・ファイバを結晶と結合させるために赤外線透
過セメントを利用してもよい。第５Ｂ図の場合には、フ
ァイバ・オプチック部材８５が音響光学装置２３から間
隔を保っている。多くの場合、ファイバ・オブチック部
材からの出力光はほぼ２０”に広がるものと想定するこ
とができる。しかし、この広がりが音響光学装置の分解
能に悪影習を及ぼすことはない。ファイバ・オブチック
部材８３の受光角を音響光学装置２３の出力と合わせる
ため、結晶２３の出力面付近にレンズ８１を配置する。In the case of FIG. 5A, the input/output fiber optic member 84
are both butted against the input and output surfaces of the crystal, respectively. Infrared transparent cement may be utilized to bond the optical fiber to the crystal. In FIG. 5B, fiber optic member 85 is spaced apart from acousto-optic device 23. In FIG. In many cases, it can be assumed that the output light from a fiber optic member is spread over approximately 20”. However, this spread does not adversely affect the resolution of the acousto-optic device. In order to match the light receiving angle of 83 with the output of the acousto-optic device 23, a lens 81 is placed near the output surface of the crystal 23.
その結果、回折光はファイバ・オブチック部材８３にお
いて画定される焦点面に集束され、音響光学装置２３か
らの非回折出力光は前記焦点面で空間的に分離される。As a result, the diffracted light is focused to a focal plane defined in the fiber optic member 83 and the undiffracted output light from the acousto-optic device 23 is spatially separated at said focal plane.
第５Ｃ図の構成では、第ルンズ８７がファイバ８９から
の出力、光をコリメートし、結晶２３の出力面付近に設
けた第２レンズ９１が回折光をケーブル９３に集束する
。第５Ｄ図では第５Ｂ図及び５０図に関連して上述した
在来型レンズの代わりに、ファイバ・オブチックと併用
するように寸法設定され、Ｎ１ｐｐｏｎ Ｇｌａｓｓ
から商品名５ＥＬＦＯＣで市販されている屈折率特定
レンズ９５．９７を採用することができる。従って、第
１〜３図に示した実施例における音響光学装置２３及び
そのレンズが第５図に示す装置７１に相当する。即ち、
この装置において屈折率特定レンズ及び在来型レンズと
ファイバ・オブチックを種々の組合わせで使用すること
により所期の成果を達成することができる。In the configuration of FIG. 5C, the second lens 87 collimates the output light from the fiber 89, and the second lens 91 provided near the output surface of the crystal 23 focuses the diffracted light onto the cable 93. In Figure 5D, in place of the conventional lenses described above in connection with Figures 5B and 50, N1ppon Glass is sized for use with a fiber optic.
A refractive index specific lens 95.97, which is commercially available under the trade name 5ELFOC, can be employed. Therefore, the acousto-optic device 23 and its lens in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 correspond to the device 71 shown in FIG. That is,
The desired results can be achieved by using various combinations of index-specific and conventional lenses and fiber optics in this device.
裏−１
エタノール／水混合物中のエタノール濃度を測定するこ
とで第１及び第４図との関連で述べた装置をテストした
。先ずサンプル・セルにサンプルが存在しない状態で装
置をテストすることにより、他のすべてのスペクトルの
正規化及び比率設定の基準となる基準スペクトルを定め
た。システム応答が得られたのち、水に種々の濃度のエ
タノールを混合させたサンプルを分析した。それぞれの
スペクトルの比率を求め、記憶させた。簡単なアルゴリ
ズムを展開して混合物中のエタノール％を求めると同時
に装置に起因するデータへの影響を補正した。このよう
な影響としては、ハロゲン電球の出力低下に起因する長
波長におけるドロップオフのほか、余り顕著ではないが
クォーツ・ファイバ減衰に起因するものがある。補足的
なアルゴリズムを利用することによりこのような要因を
補正できることはいうまでもない。いずれの場合にもテ
ストごとに、エタノール／水混合物の透過スペクトルを
求め、基準スペクトルに対するそれぞれの比率を計算し
た。このようにして空セルを基準として全波長範囲にわ
たる透光％を得た。Back-1 The apparatus described in connection with Figures 1 and 4 was tested by measuring the ethanol concentration in an ethanol/water mixture. By first testing the device with no sample present in the sample cell, a reference spectrum was established upon which all other spectra were normalized and ratioed. After obtaining the system response, samples of water mixed with various concentrations of ethanol were analyzed. The ratio of each spectrum was determined and stored. A simple algorithm was developed to determine the % ethanol in the mixture while correcting for equipment-induced effects on the data. These effects include drop-off at longer wavelengths due to the reduced output of halogen bulbs, and, to a lesser extent, due to quartz fiber attenuation. It goes without saying that such factors can be compensated for by using supplementary algorithms. In each case, for each test, the transmission spectrum of the ethanol/water mixture was determined and the respective ratio to the reference spectrum was calculated. In this way, the percent light transmission over the entire wavelength range was obtained with the empty cell as a reference.
１００％エタノール、５０％エタノール及び１００％水
について得られた透過％を第６図に示した。これらのス
ペクトルから明らかなように、１０５ＭＨｘではエタノ
ール％の増大に従って透過％が一様に上昇するのに対し
て、１１３ＭＨｚではやや下降する。これらの周波数に
おける透過％相互の比を求めるアルゴリズムを展開し、
この比を利用してエタノール％を求めた。広い濃度範囲
にわたってデータを採集し、第７図に示すような較正曲
線を得た。さらに、エタノール濃度が７５％以上なら９
５ＭＨｚと１１３Ｍ）ｌｚの間でより正確に比率が現れ
ることもスペクトルで立証された。９５ＭＨｚでは水の
濃度が薄くなると透過％が急上昇したが、この光波長で
は水による吸収が極めて強いからである。７５％以上の
エタノール濃度に対応する較正曲線を第８図に示した。The percent permeation obtained for 100% ethanol, 50% ethanol and 100% water is shown in FIG. As is clear from these spectra, the transmission percentage uniformly increases as the ethanol percentage increases at 105 MHz, while it slightly decreases at 113 MHz. We develop an algorithm to calculate the mutual ratio of transmission percentages at these frequencies,
Ethanol% was determined using this ratio. Data was collected over a wide concentration range and a calibration curve as shown in FIG. 7 was obtained. Furthermore, if the ethanol concentration is 75% or more, 9
It was also demonstrated in the spectra that the ratio appears more accurately between 5 MHz and 113 M)lz. At 95 MHz, the transmission percentage increased sharply as the concentration of water decreased, but this is because absorption by water is extremely strong at this wavelength of light. A calibration curve corresponding to an ethanol concentration of 75% or higher is shown in FIG.
第１の方法によって濃度が下限以上であることが検知さ
れたらこの高精度比率に切換わるようにシステムをプロ
グラムすることも可能であろう。It would also be possible to program the system to switch to this high precision ratio if the first method detects that the concentration is above the lower limit.
アルゴリズムのテストとして、家庭用アルコール飲料か
らいくつかのサンプルを選んで分析した。選ばれた混合
物は比較的透明で、エタノールの容積濃度が１２〜４７
％のものであった。これらのサンプルからスペクトルを
得、上述のように分析し、分解能比を利用し、較正デー
タの最少平方指数曲線適合度に基づいて混合物中のアル
コール％を求めた。To test the algorithm, several samples from household alcoholic beverages were analyzed. The mixture chosen was relatively clear and had a volumetric concentration of ethanol between 12 and 47.
%. Spectra were obtained from these samples and analyzed as described above, using the resolution ratio to determine the percent alcohol in the mixture based on the least squares exponential curve fit of the calibration data.
エタノール％が未知のサンプル及び推定％を表■に示し
た。Samples with unknown ethanol percentages and estimated percentages are shown in Table ■.
表Ｉエタノール％未知サンプルの分析
較正式％エタノール
−８５，８−Ｉｎ １．７６（比１０５／１１３ＭＨｚ
）Ｇｏｒｄｏｎ’ｓ Ｇｒｉｎ １．０１６
４９．４ ４７Ｂａｃａｒｄｉ Ｒｕｍ
、９３２ ４２．５ ４０１１ｅｕｂｌｅｉｎ
Ｇｉｎ 、８９０ ３８．６ ３４〜
！＆Ｉｔ Ｖｅｒｍｏｕｔｈ 、７０３ ２
１．６ １８計算されたこれらのサンプルの％はラ
ベルに表示しである％よりもやや高かったが、その原因
としていくつかの要因が考えられる。Table I Ethanol % Unknown Sample Analysis Calibration Formula % Ethanol-85,8-In 1.76 (ratio 105/113 MHz
)Gordon's Grin 1.016
49.4 47Bacardi Rum
,932 42.5 4011eublein
Gin, 890 38.6 34~
! &It Vermouth, 703 2
The calculated % of 1.618 for these samples was slightly higher than the % stated on the label, which could be due to several factors.
第１に、実験に際しては、できる限り純粋に近いものと
使用したが、厳密には純粋はエタノール／水混合物では
なかった。最も著しいデータの食い違いに比較的低い濃
度において現れた。即ち、汚染物質の量が比較的多く、
エタノール含有量の高い傾斜よりもアルコール含有量の
測定が厳しくない白ワイン類において顕著であった。残
念ながら、エタノール５０％以上のサンプルならばもつ
と高い精度が期待できたにも拘らず、そのようなサンプ
ルは入手困難であった。First, in the experiments, we used something as close to pure as possible, but strictly speaking, it was not a pure ethanol/water mixture. The most significant data discrepancies appeared at relatively low concentrations. That is, the amount of pollutants is relatively large;
The slope with high ethanol content was more pronounced in white wines, where the measurement of alcohol content was less stringent. Unfortunately, although high accuracy could be expected with samples containing 50% or more ethanol, such samples were difficult to obtain.
以上、ファイバ・オブチツクを介して別設の「イン・ラ
イン」センサに接続され、近／中赤外線域にオーバトー
ン吸収を有する液体混合物の濃度測定に使用される音響
光学同調フィルタ式スペクトル分析装置につしＡて述べ
た。この装置をさらに変更、改良する余地ｔよあるが、
一応この装置の実用性は確立された。液体または濃縮ガ
スの組成をファイＲ・オブチックにより電気系から遠隔
の場所に設けたサンプル・セルにおいて安全に分析でき
る。感知セルの近くに電気が存在しなりｚ ｌ））ら、
経費のかかる囲壁でセンサを囲む必要＆よなく、この装
置を石油処理のような分野に極めて好適な装置として利
用することができる。さらにまた、ＡＯＴＦシステムは
ソリッドステート構造であるから整列ミスや校正素子の
摩耗が軽減される。The above describes an acousto-optic tuned filter spectrum analyzer that is connected to a separate "in-line" sensor via a fiber optic and used to measure the concentration of liquid mixtures with overtone absorption in the near/mid infrared region. Tsushi A said. Although there is room for further modification and improvement of this device,
The practicality of this device has been established. The composition of liquids or concentrated gases can be safely analyzed with the PHI-R Obtic in a sample cell located remotely from the electrical system. If electricity is present near the sensing cell,
There is no need to surround the sensor with an expensive enclosure, making this device highly suitable for applications such as petroleum processing. Furthermore, the solid state construction of the AOTF system reduces misalignment and calibration element wear.
第１図は遠隔化学分析装置第１実施例を略伝する説明図
。
第２図はサンプル・セルの光源側に音響光学同調フィル
タを配置した遠隔化学分析装置の第２実施例。
第３図は音響光学散乱光フィルタＡＯＤＬＦを組み込ん
だ他の実施例の検出方式を示す簡略図。
第４図は本発明の実施例に使用する音響光学同調フィル
タの構成を示す説明図。
第５Ａ％８１Ｃ及びＤ図は本発明に使用されるフィルタ
光学入力を含む音響光学装置の構成を示す説明図。
第６図は水に対するエタノール濃度に応じた透明％を示
すグラフ。
第７図は本発明のシステムで得られたデータに基づく構
成曲線を示すグラフ。
第８図はエタノール濃度が７５％以上である場合の構成
曲線を示すグラフである。
２７・・・・赤外線検出手段
２９・・・・マイクロプロセッサ
３１・・・・プロセスデータ記憶手段
３３・・・・周波数シンセサイザ
３５・・・・ＲＦ増幅器
ＦＩＧ、 ２
／フ１イパこオフ・テ・ン７もＡゼ
逗Ｌ−ｋ Ｌ、ＬＪ−、）
９０
１１Ｑ ＋２０ＡＯＴＦ助勧
練
ＦＩＧ、 ６FIG. 1 is an explanatory diagram outlining the first embodiment of the remote chemical analysis device. FIG. 2 shows a second embodiment of a remote chemical analysis device in which an acousto-optic tuning filter is placed on the light source side of the sample cell. FIG. 3 is a simplified diagram showing a detection method of another embodiment incorporating an acousto-optic scattering light filter AODLF. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of an acousto-optic tunable filter used in an embodiment of the present invention. Figures 5A and 81C and D are explanatory diagrams showing the configuration of an acousto-optic device including a filter optical input used in the present invention. FIG. 6 is a graph showing % transparency as a function of ethanol concentration relative to water. FIG. 7 is a graph showing a construction curve based on data obtained with the system of the present invention. FIG. 8 is a graph showing a constitutive curve when the ethanol concentration is 75% or more. 27...Infrared detection means 29...Microprocessor 31...Process data storage means 33...Frequency synthesizer 35...RF amplifier FIG, 2/F1 IPAKO OFF TE... 7 also Aze〗L-k L, LJ-,) 90
11Q +20AOTF Assistant Training FIG, 6
Claims (1)
化学分析装置において、一定の赤外線吸収特性を有する
被分析サンプルを収容でき、その対向する側に光線を通
過させるための窓手段を有するサンプル・セル手段と、
赤外光源と、第１オプチカル・ファイバと、赤外光源か
ら、サンプル・セル手段と連通する第１オプチカル・フ
ァイバ内へ集光する手段と、サンプル・セル手段及びＡ
ＯＴＦアナライザ・システム間に配設した第２オプチカ
ル・ファイバと、サンプルの吸収特性による変化後の赤
外線を、ＡＯＴＦアナライザ・システムへ伝達するため
第２オプチカル・ファイバに集合させる手段とから成り
、ＡＯＴＦアナライザ・システムが赤外線がクリスタル
光軸に対して一定の角度で通過する光学的に整列したク
リスタルを含む音響光学同調フィルタと、可変周波数Ｒ
Ｆエネルギー源及び音響光学クリスタルに結合され、ク
リスタル中へ音波を発射してＲＦエネルギー及び音波の
周波数に応じて異なる赤外線の特定狭帯域幅部分と相互
作用させることによって残りの赤外線から弁別できるよ
うにする音響トランスジューサ手段と、フィルタからの
出力赤外線を検出し、この出力赤外線に対応する出力信
号を発生する赤外線検出手段と、検出手段出力信号を供
給されたサンプル・セル手段内のサンプルを分析すると
共に、ＲＦエネルギー源をパルス動作させて音響光学ク
リスタルと結合している音響トランスジューサに供給さ
れるＲＦエネルギーのタイミング及び周波数を測定する
ことにより音響光学同調フィルタを同調するための赤外
線波長選択度を求める手段を含む演算手段とから成るこ
とを特徴とする遠隔化学分析装置。 ２、赤外光源から音響光学同調フィルタへ一定の角度で
集光させる手段を含み、第１オプチカル・ファイバが音
響光学クリスタルからサンプル・セルへ特定狭帯域幅部
分を伝達させ、第２オプチカル・ファイバがサンプル・
セル手段と赤外線検出手段の間に介在し、赤外線検出手
段がサンプル・セル手段を通過したフィルタされた出力
赤外線に応じた出力信号を発生することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、音響光学同調フィルタがセレン化タリウム砒素であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
に記載の装置。 ４、音響光学同調フィルタがクリスタルの入力側及び出
力側に配設した偏波器を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の装置。 ５、入射光と直交する光学入力面、及び光学的出力面を
有する光学的複屈折クリスタル と、対向する側の１つと音響的に結合し、各波長の分析
要素が異なる回析角度で光学出力面から出るようにクリ
スタル中へ一定周波数で音波を発射する手段と、可変周
波数ＲＦエネルギー及びクリスタルと結合してクリスタ
ル中へ音波を発射する音響トランスジューサと、音響光
学散乱光フィルタからの出力赤外線を検出してこの出力
赤外線に応じた出力信号を発生する赤外線検出器列とを
含む音響光学散乱光フィルタ（ＡＯＤＬＦ）アナライ ザ・システムを設け、光学入力面の一定角度を、音響周
波数が一定ならばブラック角度が最少となり、屈折ブラ
ック角度が周波数と正比例して増大することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに記
載の装置。 ６、取り付け筐体と、光線がクリスタル光軸に対して一
定の角度で通過する光学的に整列したクリスタルと、音
響光学クリスタルと結合し、クリスタル中へ音波を発射
して光線の特定狭帯域幅部分と相互作用することにより
残りの光線部分から弁別できるようにする音響トランス
ジューサ手段と、筐体の音響光学クリスタルの入力面に
近い側に配設し、これにオプチカル・ファイバと着脱自
在に連結できるオプチカル・ファイバ入力コネクタと、
クリスタルの出力面に近く筐体に配設し、オプチカル・
ファイバと互いに連結できるようにしたオプチカル・フ
ァイバ出力コネクタ手段と、筐体に配設されて音響光学
クリスタルの音響トンラスジューサ手段と電気的に接続
し、ＲＦエネルギー源と結合可能なＲＦコネクタ手段と
から成り、特定狭帯域幅部分がトランスジューサ手段と
接続するＲＦエネルギーの周波数に応じて選択されるフ
ァイバ・オプチック・システム用スペクトル分析音響光
学装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項か
ら第５項までのいずれに記載の装置。 ７、筐体内の入力コネクタと音響光学クリスタル入力面
の間に配設されたレンズ手段を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８、筐体内のクリスタル出力面と光学出力コネクタ手段
の間に配設されたレンズ手段を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第６項に記載の装置。 ９、筐体内のクリスタル出力面と光学出力コネクタ手段
の間に配設されたレンズ手段を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第１０項に記載の装置。[Claims] 1. In a remote chemical analysis device for chemically analyzing a sample located at a remote location, a device capable of accommodating a sample to be analyzed having certain infrared absorption characteristics and allowing a light beam to pass through the opposite side thereof. sample cell means having window means;
an infrared light source; a first optical fiber; means for focusing light from the infrared light source into a first optical fiber communicating with the sample cell means;
The AOTF analyzer system consists of a second optical fiber disposed between the OTF analyzer system and a means for collecting infrared rays modified by the absorption characteristics of the sample into the second optical fiber for transmission to the AOTF analyzer system. The system includes an acousto-optic tuned filter containing an optically aligned crystal through which infrared light passes at a constant angle to the optical axis of the crystal, and a variable frequency R
is coupled to an F energy source and an acousto-optic crystal such that it can be differentiated from the rest of the infrared radiation by firing a sound wave into the crystal to interact with a specific narrow bandwidth portion of the infrared radiation that differs depending on the RF energy and the frequency of the sound wave. acoustic transducer means for detecting the output infrared radiation from the filter and generating an output signal corresponding to the output infrared radiation; , means for determining infrared wavelength selectivity for tuning an acousto-optic tuning filter by pulsing an RF energy source and measuring the timing and frequency of RF energy delivered to an acoustic transducer coupled to an acousto-optic crystal; 1. A remote chemical analysis device comprising a calculation means including: 2. means for focusing light from an infrared light source onto an acousto-optic tunable filter at a fixed angle, the first optical fiber transmitting a specific narrow bandwidth portion from the acousto-optic crystal to the sample cell; is the sample
Claim 1: Interposed between the cell means and the infrared detection means, the infrared detection means producing an output signal responsive to the filtered output infrared radiation passing through the sample cell means. equipment. 3. The device according to claim 1 or 2, wherein the acousto-optic tunable filter is thallium arsenide selenide. 4. The device according to claim 3, wherein the acousto-optic tunable filter includes polarizers arranged on the input and output sides of the crystal. 5. An optically birefringent crystal having an optical input surface orthogonal to the incident light, and an optical output surface, acoustically coupled to one of the opposing sides, so that each wavelength analysis element has an optical output at a different diffraction angle. means for emitting sound waves at a constant frequency into the crystal as they emerge from the surface, an acoustic transducer that couples variable frequency RF energy and the crystal to emit sound waves into the crystal, and detecting output infrared radiation from an acousto-optic scattering light filter. An acousto-optic scattering light filter (AODLF) analyzer system is provided, which includes an acousto-optic scattering light filter (AODLF) analyzer system that includes an acousto-optic scattering light filter (AODLF) array that generates an output signal in response to this output infrared radiation, and a fixed angle of the optical input surface is set to the black angle if the acoustic frequency is constant. 5. A device according to claim 1, wherein the Black angle of refraction increases in direct proportion to the frequency. 6. A mounting housing and an optically aligned crystal through which the light beam passes at a constant angle to the optical axis of the crystal, combined with an acousto-optic crystal to launch sound waves into the crystal to generate a specific narrow bandwidth of the light beam. an acoustic transducer means disposed on the side of the housing near the input surface of the acousto-optic crystal, to which an optical fiber can be detachably coupled; an optical fiber input connector;
The optical
an optical fiber output connector means adapted to couple the fibers to each other; and an RF connector means disposed in the housing for electrical connection with the acousto-optic crystal acoustic tunnel module means and capable of coupling to an RF energy source. comprising a spectrally analytical acousto-optic device for a fiber optic system, wherein the particular narrow bandwidth portion is selected depending on the frequency of the RF energy connecting with the transducer means. The device according to any of items up to item 5. 7. The apparatus of claim 6, including lens means disposed between the input connector within the housing and the acousto-optic crystal input surface. 8. The apparatus of claim 6 including lens means disposed within the housing between the crystal output surface and the optical output connector means. 9. The apparatus of claim 10 including lens means disposed between the crystal output surface within the housing and the optical output connector means.
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